两种稀土配合物抑菌活性的研究

马琴琴，张 睿，黄士杰，焦昆鹏，罗 磊，张晓宇

（1.河南科技大学 食品与生物工程学院，食品加工与安全国家级教学示范中心，河南洛阳 471023；2.河南科技大学园艺与植物保护学院，河南洛阳 471023）

0 引言

稀土配合物具有易于合成、发射谱窄、光致变色、光稳定性好的特点，近年来吸引了许多研究者的目光[1-2]。大量研究文献利用稀土配合物制备荧光传感器，利用其荧光特性检测抗生素、食品添加剂、环境危险物及爆炸物等，取得不错的效果[3-4]；部分研究利用稀土配合物的强发光性制备光敏剂，进行抗菌光动力学治疗[5]；也有研究利用稀土铽配合物的光致变色制备防伪纸的施胶剂[6]。然而，对稀土配合物本身的抗菌性能研究较少，而抗菌性是某些材料（如光敏剂、施胶剂）的重要性质。分别以发射红/绿荧光的Eu/Tb为金属中心，以氮杂环羧酸5-(吡啶-4-甲氧基)-间苯二甲酸（H2L）为配体，在溶剂热条件下制备了2个稀土配合物（Eu-MOF/Tb-MOF），以大肠杆菌作为指示菌，探究稀土配合物的抑菌活性，进一步研究了其对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌及枯草芽孢杆菌的抑菌特性。

1 试验部分

1.1 原料与仪器

配合物Eu-MOF、配合物Tb-MOF，自制；大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌，河南科技大学生物实验室保存；氯化钠、氢氧化钠、Eu(NO3)3·6H2O、H2L、二甲基亚砜（DMF），均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司提供；牛肉膏、蛋白胨、MH（B）培养基、琼脂粉，北京奥博星生物技术有限责任公司提供。

303-00A型电热恒温培养箱，无锡玛瑞特科技有限公司产品；THZ-C型恒温振荡器，江苏省太康市强乐实验设备有限公司产品；XFA-50CA型高温蒸汽灭菌锅，浙江新丰医疗器械有限公司产品；SWCJ-1F型超净工作台，苏州净化有限责任公司产品；6 mm×7.8 mm×10 mm牛津杯，上海申源科学仪器有限公司产品。

1.2 稀土配合物的制备

Eu-MOF：将Eu(NO3)3·6H2O（0.134 g，0.3 mmol）和H2L（0.027 g，0.1 mmol）加入到6 mL DMF/H2O（1∶2）混合溶液中。用HNO3（69%）调节混合溶液的pH值至3～4。将混合物放在25 mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，于140℃下加热72 h，然后以2℃/h的速度冷却至30℃，过滤后分离出无色块状晶体，用蒸馏水洗涤，在空气中干燥（按H2L计算得率为72%）。红外光谱（kBr压片法，cm-1）：3 096（W），1 656（M），1 580（M），1 531（W），1 448（M），1 376（S），1 310（W），1 275（S），1 128（M），1 053（M），774（S），703（S），548（W）。

Tb-MOF的制备方法同Eu-MOF，用0.137 mg（0.3 mmol）Tb(NO3)3·6H2O代替Eu(NO3)3·6H2O。红外光谱（kBr压片法，cm-1）：3 087（W），1 655（M），1 592（M），1 529（W），1 446（W），1 359（S），1 310（W），1 262（S），1 131（M），1 062（M），771（S），722（M），528（W）。

1.3 菌种活化及菌悬液制备

金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌的菌种分别接种于100 mL牛肉膏蛋白胨液体培养基中，37℃下以转速120 r/min振荡培养24 h，进行活化，紫外分光光度计测OD值，使菌液浓度达到1×108CFU/mL，备用。

1.4 配合物抑菌活性

准确称量配体、稀土硝酸盐、Eu-MOF和Tb-MOF等样品，分别以DMSO做溶剂，配成质量浓度为2，4，8，16，32，64，128 mg/mL的溶液。将灭菌好的直径为6 mm的牛津杯垂直放置于涂布均匀的平板中。每个培养皿中放6个牛津杯，并用移液器将配置好DMSO溶液和不同质量浓度的样品溶液20 μL加到牛津杯中，放入37℃的培养箱中培养24 h，测量抑菌圈的直径大小，并同时进行空白对照试验。试验重复3次，求抑菌圈的平均值。

2 结果与分析

2.1 配合物对大肠杆菌的抑菌特性

根据2002年颁发《消毒防范技术规范》的标准，抑菌圈直径＜10 mm表明具有弱抑菌效果，抑菌圈直径为10～20 mm，表示具有中等抑菌效果，大于20 mm，表明具有强抑菌效果。

配体及配合物对大肠杆菌（革兰氏阴性菌）的抑菌圈直径数据见表1。

由表1可知，DMSO溶液对大肠杆菌无抑菌圈产生，说明DMSO作为溶剂不会影响试验。配体H2L和硝酸盐对大肠杆菌具有弱抑菌作用。与配体相比，配合物的抑菌活性普遍得到增强，并且抑菌圈直径为11.0～17.5，达到了中等抑菌活性，并且质量浓度不同，抑菌活性也不一样。Eu-MOF和Tb-MOF在质量浓度为16 mg/mL的时候达到了最佳值，说明配合物的抑菌活性并不是随着质量浓度的增加而增强，而是在一定的范围内有一个最佳值。配合物Eu-MOF比Tb-MOF的抑菌能力强可能是因为轻稀土的抑菌活性大于重稀土离子的抑菌活性。配合物抑菌性得到增强的原因可能是因为稀土离子（Eu3+、Tb3+）与配体发生配位后，由于螯合作用，稀土离子的部分正电荷转移到配体上，使得螯合环产生电子离域作用，配合物的脂溶性增强更容易穿透细胞膜的类脂层，抑制微生物的生长代谢[8]。

表1 配体及配合物对大肠杆菌（革兰氏阴性菌）的抑菌圈直径数据

2.2 最适质量浓度下对3种菌的抑菌活性

抑菌圈直径见表2。

表2 抑菌圈直径

由表2可知，溶剂DMSO无抑菌圈产生，表明DMSO对这3种菌无抑菌作用产生。稀土Eu3+和Tb3+对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌的抑菌圈较小，表明稀土离子本身对这3种菌具有弱抑菌作用。配合物Eu-MOF和Tb-MOF对这3种菌均有不同程度的抑菌效果，与配体相比其抑菌活性都得到了提高，其中Eu-MOF对这3种菌的抑菌效果强于Tb-MOF，配合物的抑菌活性与细菌的类型有关。同时也说明这2种配合物属于广谱抑菌剂。

3 结论

以上试验表明，Eu3+、Tb3+和配体对这3种菌的抑菌性较弱，而在稀土与配体配位得到配合物后抑菌活力大大提升。在质量浓度为16 mg/mL时，配合物Eu-MOF和Tb-MOF对这3种菌均有不同程度的抑菌作用，表明这2种配合物抑菌谱较广。其中，配合物Eu-MOF对大肠杆菌的抑菌圈直径最大，表明其对大肠杆菌抑菌活性最高。